Fragensammlung - Abfluss im Gerinne und Wellenablauf Flashcards
Abfluss im Gerinne
Örtlich und zeitlich variable Strömungsvorgang mit freier Wasseroberfläche (Wasserspiegel ist identisch mit Drucklinie)
Worum geht es beim Wellenablauf?
Um die zeitliche Verschiebung , wenn sich eine Hochwasserwelle den Fluss hinunter bewegt.
Veränderung der Zuflusswelle beim Ablauf in einem Gerinneabschnitt (hinsichtlich Größe, Form und Schnelligkeit)
Welche Abflussverhältnisse gibt es?
- ortsabhängige Abflussverhältnisse (gleichförmiger und ungleichförmiger)
- zeitabhängige Abflussverhältnisse (stationärer und instationärer)
Einflussfaktoren Hochwasserwellen
geometrische Einflussfaktoren
- Sohlgefälle
- Größe und Form des Durchflussprofils
hydrologische Einflussfaktoren
- Größe der Zubringerwelle
- Zeitpunkt des Scheitels im Hauptfluss durch gleichzeitiges Auftreten des Zubringerscheitels
hydraulische Einflussfaktoren
- Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit
- Fließwiderstand - Reibung an der Gerinnesohle
anthropogene Einflussfaktoren
- Regulierung und Hochwasserschutz
- Stauhaltung
Was ist die Froud’sche Zahl?
Das Verhältnis zwischen Fließgeschwindigkeit und Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit.
Was ist der Unterschied zwischen schließenden und strömenden Abfluss?
Beim schießenden Abfluss bewegt sich eine Strömung nur stromabwärts. Beim strömenden Abfluss stromaufwärts und stromabwärts.
Was ist das Energielieniengefälle?
Es gibt an, wie stark sich die mechanischen Energie zufolge Reibung in Flussrichtung ändert.
Was bestimmt die Hochwasserretention, d.h. wie viele der Hochwasserscheitel reduziert werden kann?
Das Volumen des Retentionsraumes im Vergleich zum Volumen des Hochwasserwelle.
Für welche Flüsse eignet sich Hochwasserretention am besten?
Für Flüsse mit einer schlanken Hochwasserwelle.
Warum tritt beim Durchgang einer Hochwasserwelle eine Hysterese in der Wasserstand-Durchfluss-Beziehung auf?
Weil beim Wellenanstieg des Wasserspiegel stärker geneigt ist und deswegen die Fließgeschwindigkeit größer ist und deswegen der Durchfluss größer ist.
Welche Gruppen von Methoden zur Berechnung des Wellenablaufes gibt es?
Hydrologische Verfahren
- Saint Venant’sche Gleichungen
- Vereinfachungen der Saint Vernant’schen Gleichungen
- Numerische Modelle
Hydrodynamische Verfahren
- Linearspeicher-Kaskade
- Muskingum-Verfahren
- Kalinin-Miljukov-Verfahren
Verwendung Hydrodynamische Verfahren (hydraulisch)
- HW-Risikoflächen
- Bemessungshochwasser für komplexe Bauwerke
- Veränderung des Vorlandes
- Renaturierung
Verwendung Hydrologische Verfahren
- Bemessungshochwasser für Bauwerke
- Veränderung des Wellenablaufs durch Retention
Hydrodynamische Verfahren
- Abfluss und Wasserstand wird für mehrere Flussstellen entlang eines Gerinneabschnittes berechnet
- Zeit- und ortsabhängige Beschreibung der Abflussverhältnisse unter Berücksichtigung von Geometrie und Rauigkeit
Massenerhaltung im Gerinneabschnitte (Kontinuitätsgleichung)
und
Impulserhaltung im Gerinneabschnitte (Bewegungsgleichung)
–> Saint Vernant’sche Gleichungen
Annahmen und Voraussetzungen Saint Vernant’schen Gleichung
- gleichmäßiges Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt (horizontaler Wasserspiegel normal zur Fließrichtung)
- hydrostatische Druckverteilung ist gültig vertikale und laterale Beschleunigung vernachlässigbar
- Reibungsansätze für stationäre Strömungen sind gültig
- Gerinne stückweise gerade angenommen (keine Kurvenefekte)
- geringes Sohlgefälle, fest Sohle (keine Erosion, Deposition)
- inkompressibles und homogenes Fluid
Lösung SV
analytisch: nur für vereinfachte Geometrien
- Charakteristikenverfahren
numerisch: für alle Geometrien geeignet:
- Finite Differenzen-Methode FDM
- Finite Elemente-Methode FEM
- Finite Volumen-Methode FVM
Anfangsbedingungen (Funktionen des Ortes)
Randbedingungen (Funktionen der Zeit)
Eigenschaften Kinematische Wellen
- Bewegung nur in positiver Richtung (stromabwärts)
- Gleichung erste Ordnung (nur oberstromige Randbedingung erforderlich)
- keiner Dämpfung des Wellenscheitels
- numerische Effekte können geringe Dämpfung bewirken
Voraussetzungen für Anwendungen Kinematische Wellen
- eindeutige Abfluss-Wassertands-Beziehung
- keine Staueffekte (Verengungen, Bauwerke)
- großes Sohlgefälle
Was sind die Vor- und Nachteile von hydrologischen und hydrodynamischen Verfahren?
Die hydrologischen Verfahren sind einfacher. Mit den hydrodynamischen Verfahren können wir Veränderung in der Flussgeometrie berücksichtigen.
Was ist eine partielle Ableitung?
Ableiten nach nur einer Variable, wobei die anderen Variablen konstant gehalten werden.
Was ist der Trick bei der Impulsgleichung der Saint Venant’schen Gleichungen
Es wird ein Kräftegleichgewicht in Richtung der Flussachse (schräg) angesetzt.
Welche Kräfte werden bei der Saint Venant’schen Gleichung berücksichtigt?
- Trägheit
- hydrostatischer Druck
- Reibung
- Gewicht
Welche Numerischen Modelle gibt es?
eindimensionale Modelle
- Hochwasservorhersagen: Wellenablauf für lange Flussstrecken
zweidimensionale Modelle
- Gefahrenzonenplanung
dreidimensionale Modelle
- Untersuchung lokaler Strömungsphänomenen
alle Modelle
* Stationär - zeitunabhängig: Berechnung der räumlichen Verteilung des Wasserspiegels und der Geschwindigkeit
* Instationär - zeitabhängig: Berechnung der Abflussdynamik (Wasserspiegel und Geschwindigkeit)
Hydrologische Verfahren
- Abfluss wird nur für eine Flussstelle berechnet
- implizite Berücksichtigung von Geometrie und Rauigkeit
